摘 要

高层建筑是一个地区或区域发展水平的标志，随着高层建筑、大跨度建筑、复杂结构建筑的不断兴起，结构对风的敏感程度越来越高，水平风荷载逐渐成为主导荷载。因此，对城市地区边界层风场特性及风对结构作用的研究具有重要的意义。

本文采用现场实测与理论分析对比研究的方法，基于北京325米气象塔47米、120米、280米高度处的超声风速仪监测数据以及台风“达维”侵袭期间广州中信广场352.5米高度处的超声风速仪监测数据，对北京地区近地强风特性和广州地区城市上空强风特性进行分析，并与中、美、日三国规范、Solari和Piccardo经验公式、Choi经验公式进行对比，验证了湍流度、阵风因子随平均风速增大而减小、湍流积分尺度随平均风速增大而增大、阵风因子随湍流度增大而增大等结论，得出了湍流度随平均风速增大的减小趋势随高度的升高而愈发显著等结论，并找出了最符合北京地区、广州地区脉动风特性的经验模型和与实测结果最接近的风荷载规范。

关键词：现场实测；大气边界层；风场特性；

Abstract

High rise building is a symbol of the development level of a region or region. With the rising of high-rise buildings, large span buildings and complex structures, the sensitivity of the structure to the wind is becoming higher and higher, and the horizontal wind load has gradually become the dominant load. Therefore, it is of great significance to study the wind field characteristics of the boundary layer and the effect of wind on the structure in the urban area.

Based on the monitoring data of ultrasonic anemometer at the height of 47 meters, 120 meters and 280 meters at the 325 meter meteorological tower in Beijing and the monitoring data of the ultrasonic anemometer at the height of the typhoon "Davi" at the height of 352.5 meters of the CITIC Square in Guangzhou during the typhoon "Davi", the characteristics of the near ground strong wind and Guangzhou in the Beijing area and Guangzhou are used in this paper. The characteristics of strong wind over regional cities are analyzed, and compared with the norms of China, the United States and Japan, the empirical formula of Solari and Piccardo and the empirical formula of Choi, it is proved that the turbulence, gust factor decreases with the increase of the average wind speed, the turbulence integral scale increases with the increase of the average wind speed, and the gust factor increases with the increase of the turbulence. The empirical model for the fluctuating wind characteristics in Beijing and Guangzhou regions and the wind load code closest to the measured results are found.

Key words: Field measurement; Atmospheric boundary layer; Characteristics of wind field;

目 录

学位论文原创性声明 II

学位论文版权使用授权书 II

摘 要 III

Abstract IV

第1章 绪 论 1

1.1概述 1

1.2 大气边界层 1

1.2.1大气边界层概述 1

1.2.2大气边界层风特性国内外研究现状 1

1.3本文研究的主要内容及目的 2

第2章 大气边界层风场特性 3

2.1平均风速和平均风向 3

2.2平均风剖面 3

2.2.1指数律 3

2.2.2 对数律 4

2.2.3 D-H模型 4

2.3湍流度 4

2.4阵风因子 5

2.5湍流积分尺度 5

2.6脉动风速功率谱密度 5

第3章 北京地区城市中心边界层风场特性的现场实测研究 7

3.1引言 7

3.2北京325米气象塔及实测设备简介 7

3.3风场特性的实测分析 7

3.3.1平均风速与平均风向 8

3.3.2湍流度 9

3.3.3阵风因子 10

3.3.4湍流积分尺度 11

3.3.5功率谱密度 12

3.4实测风特性与多国规范的对比研究 12

3.4.1实测顺风向湍流度与多国规范对比研究 12

3.4.2实测顺风向湍流积分尺度与多国规范对比研究 13

3.4.3实测脉动风速功率谱密度与多国规范的对比研究 14

3.5实测结果与经验公式的对比研究 15

3.5.1实测平均湍流强度之比与经验公式的对比 15

3.5.2实测阵风因子与湍流强度变化关系与经验公式的对比 16

3.5.3实测湍流积分尺度与经验公式的对比研究 16

3.6小结 17

第4章 广州地区城市上空强风特性的现场实测研究 19

4.1引言 19

4.2广州中信广场及仪器布置简介 19

4.3风场特性的实测分析 20

4.3.1平均风速与平均风向 20

4.3.2湍流度 21

4.3.3阵风因子 22

4.3.4湍流积分尺度 23

4.3.5湍流功率谱密度 24

4.4实测结果与多国规范的对比研究 24

4.4.1实测顺风向湍流度与规范的对比研究 24

4.4.2 实测湍流积分尺度与多国规范的对比研究 25

4.4.3 实测湍流功率谱密度与多国规范的取值对比 25

4.5 实测结果与经验公式的对比研究 26

4.5.1实测湍流度之比与经验公式的对比 26

4.5.2实测阵风因子随湍流度变化规律与经验公式的对比 26

4.5.3 实测湍流积分尺度与经验公式的对比 26

4.6小结 27

结论与展望 28

参考文献 29

致 谢 31

第1章 绪 论

1.1概述

随着中国特色社会主义进入新时代，生活水平不断提高，科技力量不断创新，施工技术飞速进步，万丈高楼拔地而起。如今的现代化大都市，寸土寸金，高层建筑不但能够有效的利用土地资源，集中人口，提高效率，还可以缩短工期和投资，是城市发展程度的标志。可高度越来越高、材质越来越柔的建筑必然会引发一系列的问题。风灾是损失最为严重的自然灾害之一，仅2005年，我国受台风侵袭所造成的损失多达数百亿人民币，更是导致数百人的伤亡^[6]。虽据资料显示，目前还没有超高层建筑由于台风而倒塌的事件发生，但台风过后所带来的破坏已经足以让人们提高对风效应的重视，高层建筑林立的城市中心，对风的敏感性也愈发显著，因此，对城市中心高层建筑受强风的作用以及强风的风场特性和动力特性的研究受到学术界和工程界的极大重视。本文重点研究城市中心以及城市上空边界层在强风作用下的风场特性，为风的动力特性研究以及结构风效应研究提供重要依据。

1.2 大气边界层

1.2.1大气边界层概述

“大气边界层”（Atomsphere Boundary Layer,ABL）指受地表摩擦阻力的近地大气层，由于受到地表诸如建筑物、树木等的阻碍作用，使得风吹过地球表面时，风速减小，这种影响会有某一高度限制，即为边界层厚度。除航空航天工程外，人们主要在边界层中从事生产、生活，地表建筑所受风荷载直接受到大气边界层内空气流动的影响，因此，对边界层风特性的研究是结构风工程的主要内容之一。

大气边界层中的风主要包含长周期和短周期两种成分[6]，对应的风速分为平均风速和脉动风速。长周期在10min以上，而工程结构的自振周期通常在0.1s~10s之间，因此，长周期风对结构起近似静力的作用。而短周期一般为几秒至几十秒，与工程结构自振周期相近，导致其对结构具有动力作用，需对结构动力特性进行分析。

1.2.2大气边界层风特性国内外研究现状

国内对于边界层风特性的研究，主要采取现场实测、风洞实验以及理论分析相结合的方法。其中最可靠的是现场实测，现场实测是验证风洞实验及理论分析结果的依据。虽然风洞试验已经广泛用于高层建筑风工程研究^[5],但也有其局限性，而现场实测正能弥补这一局限性。

近年来，国内学者对大气边界层风特性的研究取得了一些研究成果。李秋胜、李正农等开发了移动式台风观测系统和远程监控系统，系统地研究了我国沿海多个城市和地区的风场特性。胡非、高志球、陆龙骅等分别对大气边界层进行了风观测研究^[14]。这些实测结果为研究近地强风风特性提供了宝贵资料，但我国对于城市上空边界层强风特性的现场实测研究较少，同样，我国对于城市地区近地强风特性的实测资料以及风场与风效应的观测数据也相对匮乏。

与国内相比，国外对边界层风特性的实测研究较早。如英国、加拿大、挪威等国家已经建立了部分地区的风特性数据库。基于现场实测，Panofsky、Tennekes等人^{[7]- [8]}对不同场地条件下的边界层平均风沿高度的变化规律进行的研究，并且根据大气稳定度的相关参数，对大气稳定度与风速剖面的关系进行研究，并由此建立了风速剖面经验模型，为基于现场实测得到的平均风速分析提供了依据。von Karman、Davenport、Kaimal等人^{[15]- [16]}对近地强风的湍流特性进行分析，得出了一系列经验模型用于理论分析，von Karman谱被研究者认为可以较为真实的反应脉动风速的统计特征，例如本篇论文第三章中基于实测得到的脉动风速谱将会与von Karman谱进行比对，用以验证实测结果的必然性与准确性。除此之外，学者们还给出了诸如湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度等湍流参数的取值范围。这些测试结果为建立高层建筑风荷载计算模型提供了重要的依据。

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：